现场总线技术及控制系统应用与集成.doc

现场总线技术及控制系统应用与集成张劲松[文章摘要]本文介绍了现场总线的概念，说明了现场控制系统FCS作为新一代网络集成式全分布控制系统的特点及其优势，从应用的角度分析了现场总线的技术特点，针对应用现场总线的一些问题进行了探讨。并介绍了如何实现DCS与FCS的网络集成问题。[关键词]现场总线、现场控制系统、网络集成、现场总线应用概述：随着控制、计算机、通信、网络、信息等技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，逐步形成了以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统。现场总线的出现标志着工业控制技术领域新时代的开始。现场总线是90年代初期兴起的一种先进工业控制技术，和DCS相比是一种全数字化、全分散式、全开放、可互操作和开放式互联网络的新一代控制系统；是计算机技术，通信技术和控制技术的综合与集成;它将通信线一直延伸到生产现场生产设备，用于过程自动化和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场通信网络，它将传统的DCS三层网络结构变成两层网络结构“工作站现场总线智能现场仪表”，降低了成本，提高了可靠性，实现了控制管理一体化的结构体系。目前各类现场总线产品有40多种，本文将从应用的角度出发，对现场总线系统进行分析之后，针对应用现场总线系统时工程中关心的有关问题开展讨论，介绍了如何实现DCS与FCS的网络集成问题。1、现场总线简介现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式双向传输、多分支结构的通信网络。由于现场总线用全数字的双向通信代替了传统4-20mA模拟信号，将点对点接线方式改用一根通信电缆同时连接多台设备，并且还能通过总线对设备供电。因此现场总线能够极大地简化布线和降低初装成本。现场总线使现场级的控制得到加强，实现控制功能的彻底分散。它通过一套标准的通信协议，将现场设备和控制系统完善地结合在一起，以一种现场设备和控制系统都能理解和运用的数字化语言，进行良好的信息沟通，进而实现设备之间的相互操作。2、现场总线构造了网络集成式全分布控制系统现场总线导致了传统控制系统结构的变革，形成了新型网络集成式全分布控制系统FCS。所谓的现场控制系统是指分散在各个工业现场的智能仪表通过数字现场的总线连为一体，并与控制室的控制器和监视器共同构成的控制系统。它顺应了控制系统的分散化、网络化、智能化的发展方向。3、FCS的特点3.1、通信线供电：通信线供电方式允许现场仪表直接从通信线上摄取能量，这种方式用于本质安全环境的低功耗现场仪表，与其配套的还有安全栅。3.2、全数字化通信：在现场总线控制系统中，从变法器的传感器到调节阀其信号一直保持数字性。工业现场环境的噪声及其它干扰信号很难扭曲现场总线控制系统里的数字信号，数字信号的强抗干扰能力使得过程控制的准确性和可靠性更高。3.3、开放式互联网络：现场总线为开放式互联网络，可与不同层网络相连。不同制造厂家的产品可以十分方便地挂接在现场总线上而具有可互操作，用户可以根据性能价格比选用最优的，不必保持任何修改，就可以构成所需的控制回路，自由地集成开放式控制系统。3.4、对现场环境的适应性：现场总线，是专门为现场环境而设计的，可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频线、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现供电和通信，并可满足本质安全防爆的要求等。4、现场总线控制系统的优越性4.1、FCS的可靠性比DCS高：由于现场总线设备的智能化、数字化，从根本上提高了测量和控制的精确度，减少了传送误差。同时由于系统的结构简化，设备与连线减少，现场仪表内部功能加强，减少了信号的往返传输，提高了系统工作的可靠性。4.2、结构性好：FCS可以把智能技术分散现场各点，依靠现场智能设备实现基本控制功能。4.3、可控性强：FCS有较强的自诊断功能，可以及时帮助用户分析问题是否发生在变法器。无需现场观察才能得出结论。即使设备发生故障，也可以很快地恢复生产。4.4、互操作性和互换性：标准化的智能仪表可方便互连、互组态和互换。4.5、统一组态：现场总线采用功能块方式组态。4.6、开放性好：标准化的网络互连。在FCS中，可以把遵循相同协议的产品集成到一个规模随意的系统里。现场总线控制系统是自动化领域的开设互联系统，从根本上打破了DCS系统的封闭性，为企业实现信息化控制与管理创造了条件。4.7、数据库的一致性：现场总线采用完全分散的数据库概念，任何同现场总线接口的人机界面都可显示有关仪表与控制回路的信息。现场总线只使用一个分散于现场仪表中的数据库，不会产生重复的、不一致的数据。4.8、节省开支：节省电缆和控制室面积，降低安装及维护的费用。5、应用问题的探讨工业上还没有一种现场总线能覆盖所有的应用面，各类总线都有一些自己的特色。鉴于现场总线的国际标准尚未出来，在众多现场总线并存的局面下，必须根据自己的要求，结合各种现场总线的特色，来选择合